Геометрическая интерпретация ДУ 1порядка
Такие отрезки наз. направлениями данного ДУ. ДУ определяет в области поле направлений. Пусть есть интегральная кривая ДУ . Если эта кривая проходит через т.-у , то очевидно и . Следовательно, интегральная кривая в т.-е касается направления уравнения, и наоборот, если кривая находится в области D и в каждой т.-е она касается направления данного уравнения, то , а значит, явл. интегральной кривой этого ур-ния. Поэтому проинтегрировать ДУ в области D, значит найти в этой области все кривые, которые в каждой т.-е касаются направления уравнения.
Вопрос 3. Обратная задача интегрирования ДУ. Интегрируемость в квадратурах в замкнутом виде.
Найти ДУ для которого ур-ние определяет общее решение. Дифференцируем его: ;
Теорема о неявном переходе: и -искомое ДУ.
Процесс нахождения решения ДУ наз. интегрированием этого ДУ. Если при этом удается выразить все решения в элементарных ф-циях, то говорят, что ур-ние проинтегрировано в элементарных ф-циях. Если ур-ние не интегрируется в элементарных ф-циях, но все его решения выражаются через неопределенные интегралы от элементарных ф-ций, то говорят, что уравнение проинтегрировано в квадратурах. Квадратурой наз. операция взятия неопределённого интеграла.
Если уравнение удается проинтегрировать в элементарных ф-циях или в квадратурах, то говорят, что оно интегрируемо в конечном виде.
Вопрос 4. ДУ с разделяющимися переменными. ДУ , которое можно записать в виде: , где g(x) и h(x)-ф-ции, определенные на интервалах (a,b) и (c,d) соответственно, наз. уравнением с разделяющимися переменными.
Ур-ние c разделяющимися переменными где относительно своих аргументов.
ДУ с разделёнными переменными
Если ф-ции g(x) и h(y) непрерывны на интервалах (a,b) и (c,d) соответственно и при этом для каждого , то интеграл ДУ с разделяющимися переменными вычисляется по ф-е: , где С-произвольная постоянная.
Теорема( и! решения задачи Коши) Если ф-ции g(x)и h(y)непрерывны на интервалах (a,b)и(c,d) соответственно и при этом для любого , а также если , , то задача Коши имеет только одно решение.
Уравнение вида приводятся к уравнению с разделяющимися переменными заменой , с=const.
Вопрос 5. Однородные уравнения и уравнения, приводящиеся к ним. Геометрические свойства семейства интегральных кривых.
ДУ наз. однородным, если в нем ф-ции M(x,y) и N(x,y), определенные в области D, явл. однородными одной и той же степени. Это уравнение приводиться к виду .
Как решать:
а)замена переменных y=ux, которая приводит к уравнению с разделяющимися переменными вида , где .
в)замена , где m вычисляется после замены, т.к. степени всех его членов должны быть равны между собой.
Теорема( и! решения задачи Коши) Если ф-ция g(x) непрерывна на интервале (a,b)и удовлетворяет условию , то задача Коши , , где , имеет только одно решение.
Уравнения, приводящиеся к однородным.
-не явл. однородным
Потребуем (1), для системы решение. Пусть -решение. Введём замену ,где - числа, т.к. -числа. Х-старая независимая переменная, а - новая. У-старая искомая ф-ция, а -новая. Подставим замену в начальное уравнение:
Пусть(1) не выполняется: а)
б)
Замечание. Ур-ние , где f-некоторая ф-ция, всегда могут быть проинтегрированы в квадратурах.